專(zhuān)利名稱(chēng)：電池管理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種電池管理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電池管理系統(tǒng)通常負(fù)責(zé)電池組中電池電量的計(jì)算、電池保護(hù)，電池間的電量平衡控制、以及電池管理系統(tǒng)內(nèi)外的信號(hào)通信等。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般使用到電池的產(chǎn)品，都需要搭配電池管理系統(tǒng)來(lái)控制。由于電池在制造過(guò)程中很難確保具有完全的均一性，各串聯(lián)的電池單元之間會(huì)存在充電或放電特性的差異。因此，當(dāng)使用串聯(lián)電池單元的電池組時(shí)，會(huì)存在這樣的問(wèn)題充電時(shí)，同一電池組中，即使某些電池單元被過(guò)度充電，也仍然存在某些電池單元尚未達(dá)到飽和；又或放電時(shí)，同一電池組中，有些電池單元尚未完全放電，但仍有些電池單元被過(guò)度放電。此外，如果電池單元長(zhǎng)期被過(guò)度放電/充電，在構(gòu)成電池單元的材料中可能會(huì)出現(xiàn)顯著劣化，使得電池單元的特性變得不同，而這種劣化是加劇電池單元間差異的原因之一。所以現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)提供電池單元管理系統(tǒng)的電量平衡功能來(lái)解決上述問(wèn)題?，F(xiàn)有的電量平衡方法主要有兩種，其中一種為被動(dòng)式電量平衡，即將電池單元中多余的電量以電阻的方式耗散成熱，但僅能在充電時(shí)進(jìn)行。另一種為主動(dòng)式電量平衡，其采用能量轉(zhuǎn)移的方式，將電池組中多余電量轉(zhuǎn)移到電量不足的電池單元中，并可以在電池充電、放電以及不工作時(shí)都能進(jìn)行，從而滿(mǎn)足電池組更多情況的需要?，F(xiàn)有技術(shù)的主動(dòng)式電量平衡中，一般是采用DC/DC轉(zhuǎn)換器將電池組中所有電池單元的電壓轉(zhuǎn)換后給需要平衡的電池單元進(jìn)行充電，通常需要較多的平衡時(shí)間，效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電池管理系統(tǒng)，其可減小電池管理系統(tǒng)電能平衡所需要的時(shí)間，提高系統(tǒng)效率。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種電池管理系統(tǒng)，該電池管理系統(tǒng)包括 相互串聯(lián)的若干電池模塊，每一電池模塊包括相互串聯(lián)的若干電池單元；
第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于獲取所述若干電池模塊的總電壓，并輸出低于所述總電壓的第一輸出電壓；
至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于從相應(yīng)電池模塊中的至少一個(gè)電池單元獲取輸出， 并輸出第二輸出電壓；
若干第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，與所述若干電池模塊相應(yīng)連接，用于獲取所述第一級(jí)DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出或所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出，并可選擇地輸出電流給相應(yīng)電池模塊中的特定電池單元以進(jìn)行充電；
控制器，其用于確定所要充電的所述特定電池單元，并確定是否采用所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)輸出電流給第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二輸出電壓高于所述第一輸出電壓。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器用于獲取相應(yīng)電池模塊中所有電池單元的輸出。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電池管理系統(tǒng)還包括連接在每一第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的電池模塊之間的開(kāi)關(guān)電路；所述控制器還用于通過(guò)控制所述開(kāi)關(guān)電路在所述特定電池單元和相應(yīng)的第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器之間建立電性通路。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述開(kāi)關(guān)電路包括與相應(yīng)電池模塊中的所述若干電池單元對(duì)應(yīng)的若干開(kāi)關(guān)矩陣，所述控制器通過(guò)控制開(kāi)關(guān)矩陣的打開(kāi)和關(guān)斷來(lái)選擇特定電池單元和相應(yīng)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器電性連通。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器還用于，當(dāng)確定特定電池單元為相應(yīng)電池模塊中的所有電池單元時(shí)，依次打開(kāi)所述若干開(kāi)關(guān)矩陣中的一個(gè)，同時(shí)關(guān)斷其他。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器還用于獲取所述若干電池單元的電壓信號(hào)，并根據(jù)所述電壓信號(hào)確定需要充電的所述特定電池單元以及確定是否開(kāi)啟所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)提供電能。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)輸出DC/DC
轉(zhuǎn)換器并聯(lián)設(shè)置。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電池管理系統(tǒng)還包括與所述第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)置在一起的蓄電裝置，以用于儲(chǔ)存第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的電能，并可替換第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)給所述若干第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器供電。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，電池管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在若干電池模塊和第一級(jí) DC/DC轉(zhuǎn)換器的電性通路中的開(kāi)關(guān)。本發(fā)明的有益效果是提供了一種電池管理系統(tǒng)，其采用了第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器、 輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器配合輸出電能至第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)而對(duì)特定電池單元充電。并且優(yōu)先地，控制器可以控制輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器將具有較高電量的電池模塊直接輸出電流給需要補(bǔ)充電量的電池單元或電池模塊，這樣就可不必都需要通過(guò)第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器將所有電池單元的電能輸出來(lái)給需要充電的電池單元或電池模塊進(jìn)行充電，從而減少了電能平衡所需要的時(shí)間，提高了系統(tǒng)效率。


圖1是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的一具體實(shí)施方式
的電路原理示意框圖； 圖2是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的又一具體實(shí)施方式
的電路原理示意框圖； 圖3是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中控制器的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖4是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中電壓檢測(cè)模塊的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖5是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器的一具體實(shí)施方式
中的電路示意
圖6是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖7是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中光隔離模塊的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖8是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)模塊的一具體實(shí)施方式
中的電路示意圖； 圖9是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)一具體實(shí)施方式
中對(duì)特定電池單元進(jìn)行平衡的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
中，電池組包括若干相互串聯(lián)的電池單元，在其它實(shí)施方式中，若干電池單元可以被劃分為若干電池模塊，不同的電池模塊包含的電池單元的數(shù)量可以相同，也可以不相同。圖1所示的是本發(fā)明電池管理系統(tǒng)的第一實(shí)施方式。電池管理系統(tǒng)包括相互串聯(lián)的若干電池單元52、電壓檢測(cè)模塊30、主動(dòng)平衡模塊20、控制器10、以及一對(duì)信號(hào)總線(xiàn)CH_ P、CH_N。在本實(shí)施方式中，該若干電池單元構(gòu)成一電池模塊，然后與其它電池模塊串聯(lián)。當(dāng)然，其它實(shí)施方式中，該若干電池單元也可直接構(gòu)成一電池組?？刂破?0與電壓檢測(cè)模塊30以及主動(dòng)平衡模塊20電性連接，其控制電壓檢測(cè)模塊30可選擇地檢測(cè)若干電池單元52之一的電壓，并根據(jù)獲取的電壓信號(hào)確定需要充電的特定電池單元。控制器10還通過(guò)控制主動(dòng)平衡模塊20接收若干電池單元中所有電池單元的總電壓，并給確定的需要充電的特定電池單元進(jìn)行充電。信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N被設(shè)置為可選擇地與若干電池單元52之一的正、負(fù)級(jí)電性連接，同時(shí)該信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N還與電壓檢測(cè)模塊30以及主動(dòng)平衡模塊20電性連接。這樣，信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N就同時(shí)提供了電壓檢測(cè)模塊30檢測(cè)電池單元52電壓的電流通路， 以及主動(dòng)平衡模塊20給特定電池單元進(jìn)行充電的電流通路。電池管理系統(tǒng)還包括連接在若干電池單元52和控制器10之間的開(kāi)關(guān)模塊41。其包括與上述若干電池單元52對(duì)應(yīng)的若干開(kāi)關(guān)矩陣401、402…40η。控制器10可以通過(guò)控制開(kāi)關(guān)模塊41中與電池單元52對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)矩陣的打開(kāi)和關(guān)斷來(lái)選擇信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N 與相應(yīng)的電池單元電性連通。在本實(shí)施方式中，由于電池單元52的電壓檢測(cè)過(guò)程與主動(dòng)平衡過(guò)程分別完成于不同的時(shí)間段內(nèi)，所以控制器10至少在檢測(cè)期間和主動(dòng)平衡期間工作。當(dāng)控制器10工作在檢測(cè)期間時(shí)，其通過(guò)開(kāi)關(guān)模塊41接通需要檢測(cè)的電池單元與信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N電性連接，同時(shí)控制電壓檢測(cè)模塊30通過(guò)信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N獲取該電池單元的電壓信號(hào)；進(jìn)一步地，當(dāng)控制器10工作在主動(dòng)平衡期間時(shí)，其通過(guò)控制需要被充電的特定電池單元與信號(hào)總線(xiàn)電性CH_P、CH_N連通，并通過(guò)主動(dòng)平衡模塊20對(duì)該特定電池單元進(jìn)行充電。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，一個(gè)檢測(cè)期間和一個(gè)主動(dòng)平衡期間的總時(shí)間長(zhǎng)度為2秒， 把這2秒分為八個(gè)時(shí)段，其中第一個(gè)時(shí)段用于檢測(cè)，其余七個(gè)時(shí)段用于主動(dòng)平衡。例如，在前0. 25秒中，控制器10控制電壓檢測(cè)模塊30和開(kāi)關(guān)模塊41對(duì)若干電池單元52進(jìn)行逐個(gè)掃描以檢測(cè)電壓，而在接下來(lái)的1. 75秒中，控制器10控制主動(dòng)平衡模塊20和開(kāi)關(guān)模塊41 對(duì)需要充電的特定電池單元進(jìn)行充電，并如此循環(huán)。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在其它實(shí)施方式中，檢測(cè)期間和主動(dòng)平衡期間的時(shí)間長(zhǎng)度可根據(jù)設(shè)計(jì)要求而相應(yīng)調(diào)整；此外，檢測(cè)時(shí)段除檢測(cè)電壓外，還可用于檢測(cè)電流、電池溫度等信息。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，開(kāi)關(guān)模塊41可以包括三極管、可控硅、繼電器開(kāi)關(guān)、或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metallic Oxide Semiconductor Field Effecttransistor, M0SFET)等常見(jiàn)的開(kāi)關(guān)形式。在本實(shí)施方式中，開(kāi)關(guān)模塊41采用M0SFET，并且開(kāi)關(guān)模塊41中每個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣都包括四個(gè)M0SFET?？刂破?0可以包括微處理器(MCU)，該MCU可以包括中央處理單元(Central Processing Unit, CPU)、只讀存儲(chǔ)模塊(read-only memory, ROM)、隨機(jī)存儲(chǔ)模塊 (random access memory, RAM)、定時(shí)模塊、數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊(A/D converter)、以及若干輸入/輸出端口。當(dāng)然，控制器10也可以采用其它形式的集成電路，如特定用途集成電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array, FPGA)等。繼續(xù)參照?qǐng)D1，作為優(yōu)選的實(shí)施方式，開(kāi)關(guān)模塊41和控制器10之間還連接有光隔離模塊60，該光隔離模塊60包括與開(kāi)關(guān)矩陣401、402…40η分別對(duì)應(yīng)的若干光耦合器?？刂破?0通過(guò)光耦合器來(lái)控制開(kāi)關(guān)模塊41中相應(yīng)開(kāi)關(guān)矩陣的打開(kāi)或關(guān)閉。同時(shí)，光隔離模塊60還可屏蔽電池管理系統(tǒng)中電流產(chǎn)生的雜亂信號(hào)對(duì)控制器10的影響，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠。在本實(shí)施方式中，主動(dòng)平衡模塊20還包括與電池模塊51對(duì)應(yīng)的第二級(jí)DC/DC 轉(zhuǎn)換器，來(lái)自于電池模塊51的主動(dòng)平衡電流通過(guò)該第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器降壓后傳輸至需要平衡的特定電池單元中。配合參照?qǐng)D3至圖8，以下介紹控制器如何控制構(gòu)成開(kāi)關(guān)矩陣的四個(gè)MOSFET進(jìn)行工作的一具體實(shí)施例。在本實(shí)施例中，控制器采用了 ARM公司的STM32系列的CPU。MCU首先通過(guò)端口 16、25、27輸出高電平信號(hào)BL_0N、PWR_IN、CH01 ；接著，如圖7所示，光耦合器61 的端口 PIN3、4、13、14被CHOl高電平驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，使得電源信號(hào)12⑶輸入網(wǎng)絡(luò)⑶01。如圖8 所示，由于Q5-A、Q5-B、Q6-A、Q6-B的柵極與網(wǎng)絡(luò)CDOl相連接，因此Q5_A、Q5_B、Q6_A、Q6-B 所構(gòu)成的開(kāi)關(guān)矩陣403導(dǎo)通，并使得B01、B02網(wǎng)絡(luò)分別與信號(hào)總線(xiàn)CH_N、CH_P接通。如圖 5所示，P5、Q20由PWR_IN高電平驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，使得外部電源12E、GNE給第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器供電，此時(shí)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)始工作，并產(chǎn)生3. 5V左右的平衡電壓。P7、Q22-A、Q22-B 由BL-ON高電平驅(qū)動(dòng)導(dǎo)通，使得信號(hào)總線(xiàn)CH_N與DC_0N接通，至此開(kāi)關(guān)模塊41中的開(kāi)關(guān)矩陣403被導(dǎo)通，從而主動(dòng)平衡模塊20、電壓檢測(cè)模塊30通過(guò)被開(kāi)關(guān)矩陣403導(dǎo)通的電路通路檢測(cè)相應(yīng)電池單元的電壓，以及當(dāng)該電池單元需要平衡時(shí)，對(duì)其進(jìn)行充電。參圖2，介紹本發(fā)明的電池管理系統(tǒng)的第二實(shí)施方式。在本實(shí)施方式中，電池管理系統(tǒng)同樣包括電池組50、控制器10、主動(dòng)平衡模塊、電壓檢測(cè)模塊、開(kāi)關(guān)模塊、光隔離模塊等。但為了便于說(shuō)明，圖2中省略了電壓檢測(cè)模塊、并將開(kāi)關(guān)模塊與光隔離模塊統(tǒng)稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電路40。本實(shí)施方式中，主動(dòng)平衡模塊包含了用于直流電轉(zhuǎn)換的DC/DC轉(zhuǎn)換組件；電池組 50包含若干串聯(lián)的電池模塊51，電池模塊51同樣包含了若干串聯(lián)的電池單元52。其中，DC/DC轉(zhuǎn)換組件包括一第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211、若干第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器 212、以及若干輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22。第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211可以獲取電池組50中若干電池模塊51的總電壓并經(jīng)過(guò)直流降壓轉(zhuǎn)換輸出低于總電壓的第一輸出電壓；若干輸出DC/ DC轉(zhuǎn)換器22可以從相對(duì)應(yīng)的電池模塊51中的至少一個(gè)電池單元52獲取輸出，并輸出第二輸出電壓。本實(shí)施方式中，輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22從電池模塊51的所有電池單元獲取輸出。第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212設(shè)置為與相應(yīng)電池模塊51對(duì)應(yīng)連接，其可以獲取上述的第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211的輸出或者至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22的輸出，并可選擇地輸出電流給其對(duì)應(yīng)電池模塊51中的特定電池單元進(jìn)行充電。
在本實(shí)施方式中，控制器10還通過(guò)電壓檢測(cè)模塊獲取若干電池單元52的電壓信號(hào)，并根據(jù)獲得的電壓信號(hào)確定需要充電的特定電池單元，以及確定是否開(kāi)啟上述的至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22來(lái)提供特定電池模塊的輸出、還是整個(gè)電池組的輸出來(lái)提供平衡所需的電能。在更加具體的實(shí)施例中，第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211和輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22并聯(lián)設(shè)置，并且輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22輸出的第二輸出電壓被設(shè)置為大于第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211 輸出的第一輸出電壓。這樣設(shè)置的目的是為了使輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器可以?xún)?yōu)先于第一級(jí)DC/ DC轉(zhuǎn)換器211輸出電能。例如第一輸出電壓為12V，第二級(jí)輸出電壓為15V，那么當(dāng)控制器10確定通過(guò)一個(gè)或多個(gè)電池模塊輸出電能時(shí)，被確定的輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22相對(duì)于第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211就可以取得優(yōu)先權(quán)，即由輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22輸出平衡所需電能， 而第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器不會(huì)輸出電能。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22可以獲取與其對(duì)應(yīng)的電池模塊中所有電池單元的輸出，并通過(guò)相應(yīng)的第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212對(duì)特定電池單元充電。當(dāng)然，在其它實(shí)施方式中，輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22也可以?xún)H從相對(duì)應(yīng)的電池模塊中獲取一個(gè)或多個(gè)具有較高電量的電池單元的輸出，來(lái)給特定的電池單元充電。優(yōu)選地，本實(shí)施方式中，電池管理系統(tǒng)還包括與第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211連接設(shè)置在一起的蓄電裝置23，其可以?xún)?chǔ)存第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211輸出的電能，并可代替第一級(jí) DC/DC轉(zhuǎn)換器211來(lái)給第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212供電。每一第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212和相應(yīng)的電池模塊之間設(shè)置有開(kāi)關(guān)電路40，該開(kāi)關(guān)電路40包括與相應(yīng)電池模塊中若干電池單元對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)矩陣401、402…40η，和光耦合器。 控制器10通過(guò)控制開(kāi)關(guān)矩陣401、402···40η的打開(kāi)和關(guān)斷來(lái)選擇建立相應(yīng)電池模塊中特定電池單元和相應(yīng)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212之間的電性通路。關(guān)于控制器控制開(kāi)關(guān)矩陣的原理已在上述實(shí)施方式中詳細(xì)說(shuō)明，申請(qǐng)人在此不再贅述。在其它實(shí)施方式中，也可對(duì)相應(yīng)電池模塊中所有電池單元進(jìn)行充電，在這種情況下，對(duì)該電池模塊中所有電池單元輪流進(jìn)行充電，即控制器10依次控制打開(kāi)開(kāi)關(guān)矩陣中的一個(gè)，同時(shí)關(guān)斷其他，如此循環(huán)以完成充電過(guò)程。作為優(yōu)選的實(shí)施方式，電池組50與第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211之間還設(shè)置有開(kāi)關(guān) 70，通過(guò)關(guān)斷開(kāi)關(guān)70，以避免控制器10在停止電池組50供電時(shí)(如電池過(guò)放)，電池組50仍通過(guò)第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211或蓄電裝置23消耗電能，從而影響了電池組的使用壽命。繼續(xù)參照?qǐng)D2，事實(shí)上，在本實(shí)施方式中，DC/DC轉(zhuǎn)換組件至少具有兩種不同的工作模式。在第一模式DC/DC轉(zhuǎn)換組件接收若干電池單元(即電池組50)中所有電池單元52 的總電壓，并降壓后傳輸給特定的電池單元進(jìn)行充電；在第二模式DC/DC轉(zhuǎn)換組件接收若干電池單元52中部分電池單元的累加電壓，并經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。應(yīng)當(dāng)理解的是，這里所說(shuō)的若干電池單元52的累加電壓可以包括單個(gè)或多個(gè)電池模塊51中所有電池單元的累加電壓。如前所述當(dāng)DC/DC轉(zhuǎn)換組件中的第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211輸出的第一輸出電壓小于輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器212輸出的第二輸出電壓時(shí)，控制器10可以控制DC/DC轉(zhuǎn)換組件工作在第二模式下，此時(shí)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212中的一個(gè)或多個(gè)被選擇來(lái)獲取若干輸出DC/ DC轉(zhuǎn)換器22中一個(gè)或多個(gè)的輸出電能。反之，當(dāng)控制器控制DC/DC轉(zhuǎn)換組件在第一模式下工作時(shí)，第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器212中的一個(gè)或多個(gè)被選擇來(lái)獲取第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211 的輸出電能。以下結(jié)合圖9說(shuō)明控制器10對(duì)若干電池單元進(jìn)行主動(dòng)平衡的一個(gè)具體實(shí)施方式
。 首先，控制器10檢測(cè)電池組50中各電池單元或電池模塊的電壓、電流、溫度等參數(shù)信息(步驟801)。其中對(duì)電壓的檢測(cè)包括獲取所有電池單元中單個(gè)電池單元或多個(gè)電池單元(如由多個(gè)電池單元構(gòu)成的一個(gè)或多個(gè)電池模塊)的電壓值。然后對(duì)獲得的參數(shù)進(jìn)行分析判斷(步驟802)，并決定是否需要開(kāi)啟保護(hù)，如過(guò)充保護(hù)、過(guò)放保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等。例如將獲得的電壓參數(shù)與一預(yù)定閾值范圍進(jìn)行比較，如果測(cè)得的電壓值超出該預(yù)定閾值范圍的上限，則開(kāi)啟過(guò)充保護(hù)；如果測(cè)得的電壓值小于該預(yù)定閾值范圍的下限，則開(kāi)啟過(guò)放保護(hù)。在其它的實(shí)施例中，也可以將獲得的電流參數(shù)與一預(yù)定閾值進(jìn)行比較，如果測(cè)得的電流過(guò)大，則開(kāi)短路保護(hù)；類(lèi)似地，對(duì)于獲得的溫度參數(shù)，也會(huì)與一對(duì)應(yīng)的閾值比較，如果溫度過(guò)高超出該閾值，則需要開(kāi)啟過(guò)溫保護(hù)。接著如果電池組被判斷為需要進(jìn)行保護(hù)，則開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的過(guò)充保護(hù)、和/或過(guò)放保護(hù)、和/或短路保護(hù)、和/或過(guò)溫保護(hù)(步驟804)。具體到電路中，可以為斷開(kāi)外部充電器與電池組的連接，和/或斷開(kāi)電池組與用電負(fù)載的連接。如果不需要對(duì)電池組進(jìn)行保護(hù)，則對(duì)其進(jìn)行是否需要主動(dòng)平衡啟動(dòng)條件的判定 (步驟803)。其中，判定是否需要平衡的步驟如下首先，根據(jù)控制器檢測(cè)到的單個(gè)或多個(gè)各電池單元的電壓值，判斷其中的最高電壓值是否大于或等于第一電壓閾值；如果是，則繼續(xù)判斷檢測(cè)到的電壓值中是否存在特定電壓值，所謂特定電壓值即是與最高電壓值的差值大于或等于第二電壓閾值的電壓值；如果存在所謂的特定電壓值，則控制器控制啟動(dòng)主動(dòng)平衡。在具體的實(shí)施例中，可以設(shè)第一電壓閾值為3. 45V，第二電壓閾值為30mV。也就是說(shuō)，當(dāng)電池組中電池單元的最高電壓大于3. 45V，并且存在與該最高電壓的差值大于或等于 30mV的特定電池單元，則電池管理系統(tǒng)的主動(dòng)平衡啟動(dòng)。在其它的實(shí)施例中，如果主動(dòng)平衡的對(duì)象非單個(gè)電池單元，而是電池模塊的話(huà)，則第一電壓閾值設(shè)為3. 45VX單個(gè)電池模塊中所有電池單元的數(shù)量，第二電壓閾值相應(yīng)地設(shè)為30mVX單個(gè)電池模塊中所有電池單元的數(shù)量。應(yīng)當(dāng)理解的是，該第一電壓閾值和第二電壓閾值可以根據(jù)不同設(shè)計(jì)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在電池管理系統(tǒng)啟動(dòng)了相關(guān)保護(hù)的情況下，則需要進(jìn)一步對(duì)其開(kāi)啟的保護(hù)是否與平衡相關(guān)聯(lián)進(jìn)行判定(步驟805)。也就是說(shuō)，如果該保護(hù)對(duì)應(yīng)的情況是由于電池組中電池單元電壓過(guò)低，例如都低于3. 45V，則關(guān)閉平衡(步驟806)，隨后本輪分析結(jié)束(步驟813)；如果該保護(hù)是對(duì)應(yīng)到其它類(lèi)型的保護(hù)，則繼續(xù)對(duì)該電池組進(jìn)行是否需要進(jìn)行主動(dòng)平衡的條件判定(步驟803)。對(duì)于需要進(jìn)行主動(dòng)平衡的狀況，則還需要對(duì)檢測(cè)到的各電池單元的電壓進(jìn)一步地分析。如果電池組內(nèi)一個(gè)或若干個(gè)電池模塊中的部分電池單元需要進(jìn)行平衡，則對(duì)其進(jìn)行組內(nèi)平衡，此時(shí)控制器執(zhí)行組內(nèi)平衡策略(步驟807)?？刂破饔?jì)算需要平衡的特定電池單元需要充電的電量值(步驟808)，以及累加電壓值排名靠前的若干電池模塊，并按照電壓值排名的高低從前往后依次計(jì)算判斷每個(gè)電池模塊允許輸出的電量值；當(dāng)所允許輸出的電量值累計(jì)開(kāi)始大于或等于平衡所需的電量值時(shí)，也就確定了能夠輸出電能的一個(gè)或電池模塊，此時(shí)開(kāi)始對(duì)需要平衡的電池模塊中的需要平衡的電池單元進(jìn)行充電(步驟809)。在本實(shí)施方式中，電量值的大小是通過(guò)特定時(shí)間內(nèi)電池單元的輸入或輸出的功率來(lái)表征。例如，假設(shè)電池組中包括電池模塊BMl、BM2…BM8，并且電池模塊BMl、BM2…BM8中電池單元的最高電壓大于3. 45V，同時(shí)電池模塊BMl和BM4中分別有2顆和3顆電池單元的電壓與該最高電壓的差值大于或等于30mV，則BMl中的這2顆電池單元和BM4中的這3顆電池單元確定為需要進(jìn)行充電的特定電池單元。隨后，確定所有電池模塊中累加電壓值排名前五的模塊，按從高到低排名依次為BM6、BM7、BM8、BM9、BM10,則依次計(jì)算這五個(gè)電池模塊允許輸出的功率，直至允許輸出的功率累加值大于或等于需要平衡的功率，隨后進(jìn)行主動(dòng)平衡。但是，在其它的實(shí)施方式中，也可以通過(guò)電容、電壓、電感等其它物理特性參數(shù)來(lái)表征電池單元的電量值；并且在對(duì)需要平衡的電池單元進(jìn)行平衡時(shí)，也可先輸出BM6允許輸出的功率，如果不夠，則繼續(xù)輸出BM7允許輸出的功率，依次類(lèi)推，直至滿(mǎn)足平衡的最低功率需求。如果電池組內(nèi)同一電池模塊中各電池單元的電壓差異很小，則可直接對(duì)該電池模塊進(jìn)行充電，即對(duì)其進(jìn)行組間平衡，此時(shí)控制器執(zhí)行組間平衡策略(步驟810)。此時(shí)，控制器計(jì)算需要平衡的特定電池模塊需要充電的電量值(步驟811)，以及累加電壓值排名靠前的若干電池模塊，并按照電壓值排名的高低從前往后依次計(jì)算判斷每個(gè)電池模塊允許輸出的電量值。當(dāng)所允許輸出的電量值累計(jì)開(kāi)始大于或等于平衡所需的電量值時(shí)，也就確定了能夠輸出電能的一個(gè)或電池模塊。此時(shí)組外的電池模塊開(kāi)始對(duì)需要平衡的電池模塊中的所有電池單元輪流進(jìn)行充電(步驟812)。類(lèi)似地，在具體的實(shí)施例中，假設(shè)電池組中包括電池模塊BMl、BM2…BM8，并且同一電池模塊內(nèi)各電池單元的電壓幾乎一致。此時(shí)，如果電池模塊ΒΜ1、ΒΜ2···ΒΜ8中的最高電壓大于3. 45VX對(duì)應(yīng)電池模塊中所有電池單元的數(shù)量，并且存在與該最高電壓電池模塊的電壓差值大于或等于30mVX對(duì)應(yīng)電池模塊中所有電池單元的數(shù)量的電池模塊。則按照與組內(nèi)平衡策略類(lèi)似的方法，按照各電池模塊的電壓高低，依次對(duì)需要平衡的電池模塊內(nèi)的電池單元輪流進(jìn)行充電，直至平衡結(jié)束。關(guān)于主動(dòng)平衡的具體過(guò)程，申請(qǐng)人在此不再贅述。在其它實(shí)施方式中，如果按照計(jì)算判斷出電池組中所有電池模塊允許輸出的電量的累加值都小于平衡所需的電量值時(shí)，則確定由第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，即所有電池模塊，來(lái)輸出電能，以對(duì)需要平衡的電池單元或電池模塊進(jìn)行充電。本發(fā)明的技術(shù)方案有益效果如下
采用了與電壓檢測(cè)模塊30以及主動(dòng)平衡模塊20電性連接的信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N，控制器10可以控制電壓檢測(cè)模組30通過(guò)信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N傳輸電壓檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)控制器10還可以控制主動(dòng)平衡模塊20通過(guò)信號(hào)總線(xiàn)CH_P、CH_N對(duì)特定的電池單元進(jìn)行充電。 簡(jiǎn)化了線(xiàn)路架構(gòu)的復(fù)雜程度，并進(jìn)而減少了使用的光耦合器的數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)制造成本。采用了第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器211、輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器22配合輸出電能至第二級(jí)DC/ DC轉(zhuǎn)換器212，并進(jìn)而對(duì)特定電池單元充電。并且優(yōu)先地，控制器10可以控制輸出DC/DC 轉(zhuǎn)換器22將具有較高電量的電池模塊直接輸出電流給需要補(bǔ)充電量的電池單元或電池模塊，這樣就可不必都需要通過(guò)第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器將所有電池單元的電能輸出來(lái)給需要充電的電池單元或電池模塊進(jìn)行充電，從而減少了電能平衡所需要的時(shí)間，提高了系統(tǒng)效率。
由于電池管理系統(tǒng)具有兩種工作模式，即第一模式將若干電池單元中所有電池單元的總電壓降壓后傳輸給特定電池單元以進(jìn)行充電；和第二模式將若干電池單元中部分電池單元的累加電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后傳輸給特定的電池單元以進(jìn)行充電。電池管理系統(tǒng)可以根據(jù)不同的情況采取不同的模式對(duì)特定電池單元進(jìn)行充電，而不需要總是由所有電池單元對(duì)特定電池單元充電，更加靈活，從而減少了電能平衡所需要的時(shí)間，并且提高了系統(tǒng)效率。通過(guò)判斷電池組中的電池單元是否存在高于第一電壓閾值的電壓值，并進(jìn)一步判斷是否存在具有特定電壓值的電池單元，即需要被充電平衡的電池單元。通過(guò)這樣的主動(dòng)平衡的方法，可以及時(shí)地給需要平衡的電池單元進(jìn)行充電平衡，防止電池單元中材料的劣化。并且這種對(duì)電池組進(jìn)行主動(dòng)平衡的方法簡(jiǎn)單，硬件容易實(shí)現(xiàn)，提升了系統(tǒng)效率。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書(shū)按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種電池管理系統(tǒng)，其特征在于，該電池管理系統(tǒng)包括相互串聯(lián)的若干電池模塊，每一電池模塊包括相互串聯(lián)的若干電池單元；第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于獲取所述若干電池模塊的總電壓，并輸出低于所述總電壓的第一輸出電壓；至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于從相應(yīng)電池模塊中的至少一個(gè)電池單元獲取輸出， 并輸出第二輸出電壓；若干第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，與所述若干電池模塊相應(yīng)連接，用于獲取所述第一級(jí)DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸出或所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出，并可選擇地輸出電流給相應(yīng)電池模塊中的特定電池單元以進(jìn)行充電；控制器，其用于確定所要充電的所述特定電池單元，并確定是否采用所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)輸出電流給第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述第二輸出電壓高于所述第一輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器用于獲取相應(yīng)電池模塊中所有電池單元的輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于電池管理系統(tǒng)還包括連接在每一第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)的電池模塊之間的開(kāi)關(guān)電路；所述控制器還用于通過(guò)控制所述開(kāi)關(guān)電路在所述特定電池單元和相應(yīng)的第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器之間建立電性通路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述開(kāi)關(guān)電路包括與相應(yīng)電池模塊中的所述若干電池單元對(duì)應(yīng)的若干開(kāi)關(guān)矩陣，所述控制器通過(guò)控制開(kāi)關(guān)矩陣的打開(kāi)和關(guān)斷來(lái)選擇特定電池單元和相應(yīng)第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器電性連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還用于，當(dāng)確定特定電池單元為相應(yīng)電池模塊中的所有電池單元時(shí)，依次打開(kāi)所述若干開(kāi)關(guān)矩陣中的一個(gè)，同時(shí)關(guān)斷其他。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述控制器還用于獲取所述若干電池單元的電壓信號(hào)，并根據(jù)所述電壓信號(hào)確定需要充電的所述特定電池單元以及確定是否開(kāi)啟所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)提供電能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于所述第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器和所述至少一個(gè)輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器并聯(lián)設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于電池管理系統(tǒng)還包括與所述第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)置在一起的蓄電裝置，以用于儲(chǔ)存第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的電能，并可替換第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)給所述若干第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池管理系統(tǒng)，其特征在于電池管理系統(tǒng)還包括設(shè)置在若干電池模塊和第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器的電性通路中的開(kāi)關(guān)。
全文摘要
一種電池管理系統(tǒng)，其包括相互串聯(lián)的若干電池模塊、第一級(jí)/第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器、輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器、以及控制器。其中，控制器可以確定電池管理系統(tǒng)中需要充電的特定電池單元，并控制輸出DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)輸出至少一個(gè)電池單元的電量給第二級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而給特定電池單元充電。這樣就可不必都需要通過(guò)第一級(jí)DC/DC轉(zhuǎn)換器將所有電池單元的電能輸出來(lái)給需要充電的電池單元或電池模塊進(jìn)行充電，從而減少了電能平衡所需要的時(shí)間，提高了系統(tǒng)效率。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102522787SQ20111039514
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者劉志堅(jiān), 黃仁治 申請(qǐng)人:冠碩新能源(香港)有限公司, 蘇州冠碩新能源有限公司